1.2.2. Пространственные кэ модели № 2 и № 3

Расчетная КЭ модель № 1 пролетного строения ориентирована на вычисление внутренних усилий в главных балках. В этой модели плоские оболочечные КЭ плиты проезжей части лишь связывают балки между собой на уровне центра тяжести таврового сечения в единую пространственную конструкцию и распределяют внешние силы между балками.

С целью реализации действительного характера опирания балок пролетного строения на опорные части, моделирования сопряжения балок по продольным стыкам в уровне плиты проезжей части и получения более детальных по сравнению с КЭ моделью № 1 графических схем деформирования, на которых видны особенности деформирования конструкции пролетного строения под воздействием испытательной нагрузки, использовались пространственные КЭ модели, в которых дискретизация конструкции пролетного строения выполнялась с использованием трехмерных объемных элементов. Плита проезжей части в модели № 2 аппроксимировалась плоскими оболочечными КЭ с учетом поперечных сдвиговых деформаций (рис. 4), в модели № 3 – объемными КЭ (рис. 5). Ребра балок в обеих моделях аппроксимировались с использованием объемных КЭ.

Трёхмерное изображение

Поперечное сечение в опорной зоне

Вид с фасада

Рис. 4. Графическое изображение КЭ модели № 2 пролетного строения.

Трёхмерное изображение

Поперечное сечение в опорной зоне

Вид с фасада

Рис. 5. Графическое изображение КЭ модели № 3 пролетного строения

Всесторонне-подвижные РОЧ моделировались путем комбинированного жесткого и упругого закрепления соответствующих узлов нижней грани ребер балок в опорной зоне над РОЧ. Жестко закреплялась вертикальная линейная степень свободы, упруго – горизонтальные линейные степени свободы с помощью упруго деформируемых связей малой жесткости 100 кН/м.

Поскольку объемные КЭ имеют только поступательные степени свободы, в КЭ модели № 2 для сопряжения ребер балок с плитой проезжей части, которая аппроксимировалась плоскими оболочечными КЭ, использовались абсолютно жесткие тела, обусловливающие кинематическую связь перемещений.

При определении прогибов балок пролетного строения под воздействием испытательной нагрузки по пространственным КЭ моделям № 2 и № 3 с целью упрощения не учитывались упругопластические свойства бетона и арматуры, влияние трещинообразования на жесткостные характеристики железобетонных конструкций, что вполне допустимо для решения рассматриваемой практической задачи.

1.3. Обоснование принятой испытательной нагрузки и схем установки на сооружение

Численное моделирование статических испытаний путепровода выполнялось путем установки на разрезное пролетное строение испытательной нагрузки. В качестве испытательной нагрузки использовались два трехосных нагруженных самосвала КАМАЗ-6520 полной массой 2×27,5 т. Нагрузка на переднюю ось 7,5 тс, нагрузка на заднюю тележку 20 тс.

В процессе численного эксперимента по фактической и проектной моделям пролетного строения вычислялись вертикальные перемещения и относительные продольные деформации в уровне нижней грани ребра в середине пролета балок.

Поскольку в настоящее время сборные балки пролетных строений путепровода в поперечном направлении не связаны между собой по продольным швам в уровне плиты проезжей части, установка испытательной нагрузки для избежания пролома плиты между балками в зоне непрочных продольных швов в фактической КЭ модели выполнялась на прочный жесткий настил, не связанный с несущими конструкциями.

Схемы загружений выбраны таким образом, чтобы в балках пролетного строения возникали наибольшие усилия. Для этого испытательная нагрузка устанавливалась по- середине пролета (рис. 6).

Рис. 6. Расчетное положение испытательной нагрузки на пролетном строении

Было реализовано три схемы загружения. Схемы установки испытательной нагрузки при статических испытаниях путепровода показаны на рис. 7, 8.

Схемы загружений № 1 и № 3 (симметричные относительно продольной оси): в середине пролета устанавливались по два автомобиля со смещением к левому барьерному ограждению в 1-м загружении и к правому барьерному ограждению в 3-м загружении.

Схема загружения № 2: в середине пролета устанавливались два автомобиля на равноудаленном от барьерных ограждений расстояниях.

Рис. 7. Схема загружения № 1

Рис. 8. Схема загружения № 2